烧成设备

8.4 装窑：一般有直接装窑、匣钵装窑和棚板装窑三种。
烧成前将陶瓷生坯装入窑内的操作称为装窑。 传统窑炉采用煤、渣油作为原料，为防止产品污损，装窑时须将产 品装入封闭的窑具空间中烧成，这种起封闭作用的窑具称为匣钵。 因此，利用匣钵装烧产品的装窑操作也称为“装钵”。 装窑要求： 1）根据窑内温差情况和钵体性能来确定窑位。如烧成温度高的钵体 装在窑温高的部位，反之烧成温度低的钵体装在低温部位。 2）窑具及产品间隙合理（如钵柱间，棚架间），能满足窑内气体合 理流动，传热均匀的要求，使不同部位产品单位时间，单位质量 得到的热量相近，避免局部过热或过冷。（火道） 3）保护产品不受污损。包括窑内烟气及窑具本身污损（如窑具掉渣 等）。 4）装载牢固。特别是叠装较高时要充分考虑产品及窑具高温荷重性 能及受力平衡情况，还要考虑烧成过程中振动及运动惯性、受力 等因素（如装在隧道窑窑车上的窑具及产品）。确保产品安全及 窑炉安全运转，不发生窑具、产品窑内倒塌（倒窑）等意外。
• 窑具材料
• 窑具包括窑车、匣钵、棚板、垫脚、辊道和推板等。
• 根据使用条件，对窑具材料提出如下要求： • • • • • (1) 良好的热稳定性 (2) 在常温和高温下强度大 (3) 良好的导热性或隔热性和低的蓄热量 (4) 高的耐火度和小的重烧收缩 (5) 器型平整度、尺寸精确度以及较小的重 量。
弱还原气氛： O2 <1％， CO ＝1.5％～2.5％， α＝0.95； 强还原气氛： O2 <1％， CO ＝3％～7％， α＝0.9； 过小，釉面沉碳，烧后产生针孔。可见，稍小于1，延长还原时间 ，利于提高坯釉质量。
• 8.3.4 压力制度：压力制度是指窑内压力与时间的关系。
• 压力制度：通过调整窑炉有关设备（烧嘴、风机、闸板等），控 制窑内各部分气体压力呈一定分布，这个窑内气体压力的规律性 分布称为压力制度。 • 压力制度和气氛制度的作用，以隧道窑为例： • 预热带：负压，使排烟通畅，窑头负压在0～10Pa，因负压过大， 窑头密封不好会吸入过多冷风，增大预热带前段上下温度；预热 带中部负压10～40Pa，末端0～30Pa。
陶瓷类型 日用瓷 建筑陶瓷 卫生陶瓷 电瓷 所用窑炉 倒焰窑、隧道窑、辊道窑 隧道窑、辊道窑 隧道窑、辊道窑、梭式窑 隧道窑、梭式窑、罩式窑 窑具品种 匣钵、棚板、支柱、窑车材料、辊棒 棚板、支柱、窑车材料、辊棒 棚板、支柱、托板、窑车材料、辊棒 匣钵、垫座、棚板、支柱
8.5.2窑具材料的性能要求 窑具的主要性能指标是在多次反复冷热与荷载下的使 用次数，它是反应窑具材质性能、制造工艺及使用条件等 方面的综合指标。
窑具材料的性能要求：
1）结构强度 窑具通常是堆砖成垛或搭成棚架在窑内使用。每件 窑具不但承受着自身的重力和生坯的重力，还要受到 装、出窑时的机械作用力，所以窑具要有足够的高温 和常温力学强度。
2）抗热震性 多次反复加热与冷却是窑具使用过程的一个重要特 点。快速烧成时，升温与冷却更加急剧，窑具的使用 条件更加恶劣。因此良好的抗热震性是窑具必须具备 的一个重要性能。
益。
装窑方法
(一)日用陶瓷
a碗类的装钵b盘类的装钵c精陶盘的素烧 d精陶盘的釉烧 e大小制品搭配装 f保持瓶口圆正的塞片及保持瓶底均匀 收缩的本坯垫片
倒焰窑和隧道窑日用陶瓷匣钵码垛
（二）墙地砖
二次烧成釉面砖釉烧时用带齿匣钵装钵
（三）电瓷
大型电瓷匣钵座装
无垫座的座装
细长型电瓷坯件在匣 钵内吊装
8.5.3窑具材质类型
1.硅铝质（粘土质、高铝质） 粘土质：Al2O3含量30～46％，指标不高，寿命不长，取材方便， 成本低而曾被广泛使用，使用温度＜1300℃。 高铝质：Al2O3含量＞48％，也称莫来石质，力学强度和抗热震性 较好，使用温度＜1400℃。 2.硅铝镁质（莫来石－堇青石质，堇青石莫来石质） 硅铝质窑具热稳定性较差，影响其使用寿命，为了改善其热稳定性 在硅酸铝系统中引入镁质原料（滑石、绿泥石、镁质粘土等），煅 烧时生成低膨胀系数的堇青石晶体（2MgO•2Al2O3•5SiO2）。 莫来石－堇青石质：高铝骨料配以堇青石质结合剂； 堇青石－莫来石质：合成堇青石熟料配以粘土质结合剂（使用较多 ）； 由于堇青石1460℃分解为莫来石和液相，温度变化不大则液相量 变化很大，因此含堇青石材料烧结及熔融温度范围窄、荷重软化温 度低、软化温度范围小，因此其最高使用温度在1300℃左右。
8.2 烧成设备
• • • • • 1.间歇式窑: 倒焰窑 梭式窑 钟罩式窑 2.连续式窑:
•Βιβλιοθήκη Baidu隧道窑 • 辊道窑
8.3 烧成制度
烧成制度包括：温度制度，气氛制度，压力制度。 其中压力制度是实现温度制度和气氛制度的保证。
8.3.1烧成制度的拟定 • 拟定烧成制度的依据： 1.坯料在加热过程中的形状变化： 根据坯料系统有关相图，可初步估计烧结温度 的高低和烧结范围的宽窄，结合坯料的差热曲线， 失重和烧成收缩曲线，以及热膨胀曲线，拟定合 理的升温速度、止火温度和烧成范围。 • 例如倒焰窑烧日用瓷须10-40多小时； • 传统隧道窑从进窑到出窑为20-40多小时
3.碳化硅质 碳化硅导热率很高，热膨胀系数较小，在高温下不会发生塑性 变形，但在氧化气氛中于900～1200℃范围内易氧化。 耐火粘土结合碳化硅窑具，抗热震性好，可使用到1450℃。高 铝原料（如氧化铝）结合，含SiC60～90％，使用温度可达 1600℃，加入氧化铝可与碳化硅分解产生的活性SiO2反应生成莫 来石，也称莫来石结合碳化硅材料。 氮化物（Si3N4）结合的氮化硅优于莫来石结合碳化硅。再结合 碳化硅，含碳化硅98～99％，其导热系数、抗热震性、荷重开始 变形温度，高温强度均高于其它类型窑具。 4.熔融石英窑具 熔融石英窑具是以熔融石英为骨料的窑用耐火制品。由于熔融 石英热膨胀系数小，（含SiO299.5％时α＝0.54×10－6/℃）而 且高温粘度大，所以用它来配制窑具抗热震性好，高温荷重软化 温度也比硅铝质及硅铝镁质窑具高，使用温度可达1380℃。这类 窑具目前用耐火粘土作结合剂，用量30～35％。 熔融石英质材料在高温下长期使用过程中，石英玻璃颗粒会转变为 方石英，逐渐膨胀以至松散剥离，强度降低，这是其主要弱点。
2.坯体形状、厚度和入窑水分：
薄壁、小件制品，入窑水分易控制，可短周期快烧；大件 、厚壁及形状复杂、坯中含大量可塑粘土及有机物的粘土， 升温速度放慢，烧成周期要长。
3.窑炉结构、燃料性质、装窑密度：
不同窑型，同一窑型其结构和容量的不同，将影响窑内的 传热方式和温差大小以及操作条件；装窑密度将影响窑内气 体的流动分布和产品所需的热容量；燃料的种类和热值的高 低将影响燃烧操作和可能提供的热量。
• 烧成带：微正压，使外界冷空气难以入窑，稳定窑内气氛和温度。 • 保温区保持微正压状保证弱还原气氛，防止制品二次氧化。预热 带与烧成带之间零压点。零压位的稳定与否影响气氛制度。零压 点向后移就会延长氧化时间，缩短还原时间，造成还原不足；零 压位往前移又会造成制品氧化不足，都会影响产品品质。 • 冷却带：一般处于正压下，但正压不宜过大，窑尾正压最大为 15Pa。见教材145页，图8.17
5）窑具之间、产品与窑具之间、窑具与窑体之间（窑底、窑车面
等）接触面要进行必要处理（如采用垫泥、垫饼、垫砂、涂层等
），防止高温后粘结，否则需强力分开而损坏窑具或产品。 6）减轻操作劳动强度。力争机械化、自动化操作，减少产品装烧 损失率。 7）在确保安全及产品品质前提下，减轻窑具质量，延长窑具使用
寿命，降低窑具与产品质量比，降低产品单位能耗，提高经济效
3）体积稳定性 窑具在烧成时虽然经历了一系列物理化学变化，但总 是达不到理论上的平衡状态。在使用过程中某些反应有 可能继续进行，如晶相数量和大小会改变液相重新分布 ，导致微观结构有所变化，在不同程度上引起窑具体积 变化，影响其使用寿命。 如:（1）用高铝原料和耐火粘土制造窑具时，二次莫来石 化的形成和体积变化； （2）用SiC原料时SiC的氧化与体积变化； （3）熔融石英的析晶与体积变化。 4）导热率 热量通过窑具传递至坯体，导热性高的窑具能提高烧成时 的热导率，而窑车衬砖则要求既耐火又隔热，热容小则散热蓄 热损失均小。
细长型坯 体的吊装
耐火泥塞 钉
形状复杂 坯件装钵
• 8.5 窑具
• 8.5.1窑具种类
窑具：陶瓷制品在窑炉内烧成时，或者为了隔离不净的烟 气接触，或为了制品的支撑，托放及叠装，常用一些耐火 材料制成不同形状的辅助材料应用于窑内。这些辅助耐火 材料统称为“窑具” 。
不同类型普通陶瓷用窑炉及窑具见下表：
8.3.3 气氛控制
烧成气氛是根据燃烧中的游离氧的含量和还原成分的含量确 定的。常用空气过剩系数α表征。
1 O2 0.5CO2 1 3.76 N2
强氧化气氛： 氧化气氛： 中性气氛： O2 ＝8％～10％，α＝1.6～2.5； O2 ＝2％～5％， α＝1.2～1.5； O2 ＝1.0％～1.5％， CO ＝1.0％～2％， α＝0.99～1.05；大，釉面光泽不好。
4.烧成方法：
如日用瓷、釉面砖即可一次烧成（釉坯直接煅烧），又可二次烧成； 日用瓷采用“高温素烧，低温釉烧”；釉面砖采用“低温素烧，高温釉烧 ”。
目前广泛采用的除传统烧结法以外，还有热压烧结以及近期 发展的高温和常温等静压烧成、电火花烧成等各种新的烧成
8.3.2 温度制度
温度制度包括升温速度、烧成温度、保温时间、冷 却速度即温度与时间的关系。
温度—时间曲线称之为烧成曲线。 图1-7-24，图1-7-25为传统配方日用瓷、高压电 瓷分别在间歇式和连续式窑炉中，以不同气氛进 行一次烧成所采用的制度。 图1-7-24、1-7-25表明配方组成基本相同，但品 种和烧成条件等不同，烧成曲线不全然相同。但 当烧成方法相同时曲线变化的总趋势大致相同， 都包括有低温阶段、氧化分解、高温和冷却等阶 段。